2015年高考物理一轮复习 第10章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生与描述

1、,第1讲交变电流的产生和描述,1.交变电流 (1)定义： 和 都随时间做周期性变化的电流 (2)图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图(a)所示,交变电流、交变电流的图象 (考纲要求 ),大小,方向,2正弦交流电的产生和图象 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕 方向的轴匀速转动 (2)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线如图(e)、(f)所示,垂直于磁场,判断正误，正确的划“”，错误的划“” (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间发生周期性变化() (2)线圈平面与磁感线垂直的位

2、置称为中性面() (3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为最大() 答案(1)(2)(3),正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值(考纲要求 ),一次周期性,次数,2正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e随时间变化的规律：e . (2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u . (3)电流i随时间变化的规律：i .其中等于线圈转动的_，Em .,Emsint,Umsint,Imsint,nBS,角速度,1(单选)关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是() A线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动

3、势的方向不变 B线圈每转动一周，感应电流的方向改变一次 C线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都改变一次 D线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次,基础自测,解析依据交流电的变化规律可知，如果从中性面开始计时，有eEmsin t和iImsin t；如果从垂直于中性面的位置开始计时，有eEmcos t和iImcos t.不难看出：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向也改变一次；线圈每转动一周，感应电流的方向和感应电动势的方向都改变两次故正确答案为C. 答案C,2(单选)风力发电机为一种新能源产品，功率为200 W到15 kW，广泛应用于

4、分散住户若风力发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是() A穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大 B穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大 C穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零 D穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于 零,解析当线圈通过中性面时，感应电动势为零，但此时穿过线圈的磁通量最大；当线圈平面转到与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但此时感应电动势最大 答案C,3(2013福建泉州模拟)(单选)如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsin t的图

5、是(),解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为eBSsin t，由这一原理可判断，A图中感应电动势为eBSsin t；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直 答案A,答案BD,5(单选)在匀强磁场中一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1011甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则(),图1011,At0.005 s时线框的磁通量变化率为零 Bt0.01 s时线框平面与中性面重合 C线框产生的交变电动势有效值为311 V D线框产生的交变电动势频率为100 Hz 解析由图象知，该交变电流电

6、动势峰值为311 V，交变电动势频率为f50 Hz，C、D错；t0.005时，e311 V，磁通量变化最快，t0.01 s时，e0，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错，B对 答案B,1正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置时开始计时,热点一正弦交变电流的产生及变化规律,【典例1】 (2013山东卷，17)如图1012甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示以下判断正确的是(),图1012,A电流表的示数为10 A B线圈转动的角速度为

7、50 rad/s C0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左,答案AC,反思总结解决交变电流图象问题的三点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关 (2)注意峰值公式EmnBS中的S为有效面积 (3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解,【跟踪短训】 1如图1013所示，图线a和图线b分别表示线圈A和线圈B在同一匀强磁场中匀速转动时，通过线圈的磁通量随时间的变化规律已知线圈A的匝数与线圈B的匝数分别为1

8、0和30，以下说法正确的是(),图1013,A线圈A与线圈B转速之比23 B线圈A与线圈B产生的最大电动势之比为11 C线圈A的感应电动势的瞬时值表达式为e500 cos 5t(V) D线圈B在t0.3 s时刻时，感应电流为零,答案BC,对交变电流的“四值”的比较和理解,热点二交变电流“四值”的应用,【典例2】如图1014所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴OO以角速度匀速转动，从图示位置转过90的过程中，下列说法正确的是(),图1014,答案BC,【跟踪短训】 2如图1015所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方

9、向，线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A那么(),图1015,答案AC,3(2013东北三校一模，19)如图1016所示，一个“ ”形线框处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，OO为磁场的边界现使线框以角速度绕轴OO匀速转动，通过金属转轴和电刷与阻值为R的外电阻相连已知线框各边长为L，总电阻为r，不计转轴与电刷的电阻，则电路中电流的有效值为(),图1016,答案D,思想方法16.求交变电流有效值的方法 1公式法,2利用有效值的定义计算(非正弦式交流电) 在计算有效值“相同时间”至少取一个周期或周期的整数倍 3利用能量关系 当有电能和其他形式的能转化

10、时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值,【典例1】 (利用有效值的定义计算分段转化为直流电) 如图1017所示为一交变电流随时间变化的图象，此交流电的有效值是(),图1017,【典例2】 (利用有效值的定义计算分段转化为正弦交变电流),图1018,即学即练如图1019所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为(),图1019,附：对应高考题组 1(2011天津理综，4)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动

11、势的图象如图乙所示，则 (),At0.005 s时线框的磁通量变化率为零 Bt0.01 s时线框平面与中性面重合 C线框产生的交变电动势有效值为311 V D线框产生的交变电动势频率为100 Hz,答案C,答案CD,4(2012安徽卷，23)如图甲所示是交流发电机模型示意图在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示已知ab长度为L